预浸料概述

预浸料是用树脂基体在一定条件下浸渍连续纤维、织物和短切纤维所制成的树脂基/增强材料组合体,是制造先进复合材料部件的一种材料形式。

热固性树脂在高温下经过化学反应完成固化，将预浸料转化成高性能的固体结构材料，也就是热固性树脂基复合材料，这种材料轻质高强，经久耐用，并且耐高温，刚性好。

20世纪80年代的早期预浸料被认为是一种特种材料形式，在航空业用于次级结构，约占飞机结构重量的5%。今天，预浸料已经可以用于大型商用飞机的主结构，在空客的A350上以及波音的B787上其用量已经占飞机结构重量的50%以上。其不但在航空航天上的应用得到快速发展，而且在风能、汽车、体育器材、工业机械等行业的应用也与日俱增，以至于某些部件，出于对比强度、比刚度、疲劳性能、设计自由度的追求使得预浸料的使用超过了金属，且有不断增长的趋势。

本文主要内容

概况

  1. 高性能复合材料的主要技术
  2. 为什么使用复合材料?
  3. 什么是预浸料?
  4. 预浸料应用在哪里

纤维和织物的性能

  1. 纤维的性能
  2. 织物的编织形式有哪些？
  3. 影响增强织物选择的因素有哪些?

基体性能

  1. 什么是基体？
  2. 不同热固性树脂的性能有哪些?
  3. 不同树脂的温度/力学性能如何比较？

预浸料性能

  1. 为什么使用预浸料？
  2. 预浸料是如何生产的？

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概况

高性能复合材料的主要技术

依照材料的性能和用量，预浸料和其它高性能复合材料技术的比较如下图:

为什么使用复合材料?

复合材料具有重量轻、强度高、刚度好的特点。

什么是预浸料？

预浸料由基体材料（树脂）和纤维增强材料组成，用于复合材料部件制造。

预浸料应用于哪些领域？

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纤维和织物的性能

什么是纤维的特性？

作为增强材料，纤维为复合材料提供了超常的性能，例如优异的比强度和比刚度，良好的热、电、化学性能等，和金属部件相比还能显著减重。

织物的纺织形式有哪些?

织物至少有两个方向的纱线纺织而成，即经纱和纬纱。

不同的织物形式具有不同的铺覆性能以及不同的纤维曲折程度，低曲折程度的纤维可以承载更高的载荷，提供更好的力学性能，因为其纤维更直；铺覆性能好的织物则更容易铺贴于型面复杂的模具。

织物方式可分为三种：

影响增强材料选择的主要因素有哪些?

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基体性能

什么是基体？

在复合材料中，基体的作用是支撑纤维并将纤维粘合成一个整体，以及保持纤维的方向和位置，好的基体材料能够尽可能多的将外部载荷传递给纤维。基体还决定了复合材料的耐环境性和最高使用温度。

在热固性树脂基复合材料中，基体即是热固性树脂。

固化过程简单讲就是预聚物的交联反应，一旦反应完成，则聚合物就会完全固化。

热固性树脂的固化机理（以环氧树脂为例）和不同组分的作用如下：

不同热固性树脂的性能

热固性树脂主要有三种类型：环氧树脂，酚醛树脂和双马来酰亚胺树脂。下表归纳了每种树脂的优点和主要用途

不同树脂的温度/力学性能

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预浸料性能

为什么使用预浸料？

预浸料是如何生产的?

下期预告：预浸料工艺